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地大古生物学者揭开鸟臀类恐龙牙齿进化之谜

发表时间:2024-04-26     点击:次     编辑:王俊芳

地大新闻网讯(记者 王俊芳)哺乳动物(包括人类)一生只能换一次牙齿。而在爬行动物中,牙齿则会以一定的模式不停的进行替换,因此换牙就成了它们的常态。那么,在亿万年前,恐龙是如何换牙的呢?

糖心vlog白桃少女牛仔裤(武汉)地球科学学院韩凤禄副教授研究团队联合中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、云南大学以及糖心vlog白桃少女牛仔裤(武汉)逸夫博物馆的研究人员,深入研究了早期鸟臀类恐龙上园热河龙的牙齿形态和替换模式,并对早期鸟臀类恐龙的换牙方式进行了统计和演化分析,揭示了鸟臀类恐龙在1亿多年的演化过程中牙齿替换规律。相关研究成果近日在国际生物学期刊《BMC生态学与演化》上在线发表。

 

图1 鸭嘴龙类恐龙复原图(上图,自Wikimedia Commons)及下颌齿照片(下图,韩凤禄摄)

在恐龙的演化当中,牙齿形态最特殊当属鸭嘴龙类,它们的口中牙齿数量最多可达800多颗,单个牙槽中可达5颗牙齿,这种特殊已经绝迹的牙齿构造被称为齿组(dental battery)。然而,鸭嘴龙的“一口好牙”并不是天生的,这种特殊的齿组构造是如何演化出来的?研究人员对鸭嘴龙的祖先类群——上园热河龙的牙齿形态进行了研究,对于了解鸟臀类恐龙演化过程中这种复杂齿系的起源,具有重要的意义。

论文通讯作者韩凤禄介绍,上园热河龙是以一种小型的植食性恐龙,也是热河生物群的代表性恐龙之一。它们两足行走,身体纤细,善于奔跑,具有扇形的牙齿和明显的锯齿,但还没有演化出齿组的构造。研究人员利用显微CT扫描技术对上园热河龙,从幼年个体到亚成年个体共6个标本进行了扫描,透过上、下颌骨来观察牙槽内牙齿的整体情况,通过重建这些牙齿的3D模型,可以观察牙齿的发育情况(图2)。

 

图2. 上园热河龙骨架(A), 幼年个体牙齿透视图(B)&齿系重建图(D,舌侧视图), 和亚成年牙齿透视图(C)& 齿系重建图(E,舌侧视图)(胡金锋供图) 

恐龙的牙齿分为到功能齿(正在使用的行使功能的牙齿)和替换齿(新长出但还未行使咀嚼功能的牙齿)。研究人员对上园热河龙个体发育过程中的牙齿变化进行了分析,发现幼年个体颌部总共存在63颗功能齿和44颗替换齿,而亚成年个体存在81颗功能齿和74颗替换齿。在生长过程中,上园热河龙亚成年个体中出现了第二代替换齿,即单个齿槽中同时存在三颗牙齿(图3),而这也是齿组形成的萌芽状态。

 

图3. 上颌齿二代替换齿示意图(A, B红色)和牙齿骨组织学切片(C, D). D中箭头指示生长线. (胡金锋供图) 

“如此丰富的样本、涵盖个体发育的各个阶段,这在上园热河龙牙齿替换规律研究尚属首次”,韩凤禄介绍,研究团队花了3年时间,从不同研究单位,对7个标本进行资料采集,对其中6个进行了三维重建。上园热河龙较多的替换齿反映了较快的牙齿替换速率,研究人员通过组织学切片来对其具体的牙齿替换时间进行了研究(图3),发现热河龙幼年个体的牙齿替换速率约为25天,而亚成年个体则为33天(前颌齿)和46天(上颌齿),这个速度在植食性恐龙中也是比较快的那一类。

此外,研究团队还发现鸟臀类恐龙的几个主要分支剑龙类、甲龙类、角龙类和鸟脚类恐龙的牙齿替换模式存在一定差异,并有各自独特的进食植物的方式。比如,甲龙类、剑龙类恐龙的替换齿较少,且只有一代替换齿,可能依赖功能强大的胃或者胃石来辅助消化。鸟脚类和角龙类恐龙则是通过增加整体替换齿的数量以及每个齿槽中牙齿的数量,来适应进食高纤维植物。

本文的第一作者为糖心vlog白桃少女牛仔裤(武汉)博士生胡金锋,通讯作者为糖心vlog白桃少女牛仔裤(武汉)韩凤禄副教授。共同作者包括中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员和糖心vlog白桃少女牛仔裤(武汉)逸夫博物馆李富强馆员。文章得到了国家自然科学基金以及国家岩矿化石标本资源共享平台的资助。

 文章链接:https://doi.org/10.1186/s12862-024-02233-2 

(审稿 尚东光)